第九章DA和AD转换器
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基本概念
AD转化过程:采样-量化-编码
模拟量的获取
计算机
数/模转换(D/A)
数/模转换(D/A)
数/模转换(D/A)
DAC0832
DAC0832
DAC0832内部结构:二级缓冲机制
DAC0832与CPU的接口
DAC0832工作方式【二级缓冲机制】
双缓冲方式
成的系统,
双缓冲方式
DAC0832构成的3路D/A系统
步送数据;
步进行转换。
单缓冲方式
处
或
选
直通方式
DAC7520:10位数字量输入
10位D/A转换接口——AD7520
DAC1210:12位数字输入
DAC1210:与CPU的接口
AB0:区分高8位和低4位
DAC应用——函数波形发生器
DAC 应用——函数波形发生器
示波器
t
υ
函数波形发生器
函数波形发生器
函数波形发生器
函数波形发生器
;方式字
l ADC0809
ADC0809
A/D转换器与CPU接口方式
l ADC通过8255A与CPU连接。
第9章 A/D转换与D/A转换9-1 一个8位D/A转换器的分辨率为多少?解答:n位D/A转换器的分辨率为,因此8位D/A转换器的分辨率为。
9-2 图9-27所示电路为3位T形电阻D/A转换器。
(1)试分析其工作原理,求出v O的表达式;(2)如果已知n=8位的D/A转换器中,V REF=-10V,R f=3R,输入D=11010100时,输出电压v O=?(3)如果R f=2R,对应(2)中的输出电压v O又是多少?解答:(1)S3、S2、S1、S0为模拟开关,分别受输入代码d3、d2、d1、d0的状态控制,也就是说输入代码的高低电平状态可控制流入集成运放A反相输入端的电流,也就控制了输出电压的大小。
从而使得输出电压与输入的数字代码成比例关系。
输出电压表达式为:(2)如果已知n=8位的D/A转换器中,V REF=-10V,R f=3R,输入D=11010100时,同理可推出n=8位的D/A转换器的输出电压,即。
(3)如果R f=2R,对应(2)中的输出电压为。
9-3 在图9-8所示的倒T形电阻D/A转换器5G7520的应用电路中,若n=10,V REF=-10V,R f=R,输入D=0110111001时,输出电压v O=?解答:输出电压为9-4 一个8位D/A转换器的最小输出电压增量V LSB为0.02V,当输入代码为01001101时,输出电压v O为多少?解答:输出电压为9-5 不经过采样、保持可以直接进行A/D转换吗?为什么?在采样保持电路,选择保持电容C h时,应考虑哪些因素?解答:A/D转换时,由于输入的模拟信号在时间上是连续的,而输出的数字信号是离散的,因此A/D转换一般要经过采样、保持、量化及编码4个过程。
采样就是把连续变化的模拟信号在一段时间内的信号用选定的瞬间点对应的值来表示,此值经量化/编码,便得到其对应的数字代码;采样的值是瞬时的,在下一个采样时刻到来之前这个值必须保持,否则对其操作的控制器来说则读不到转换器的输出值。
第9章A/D及D/A转换器教学重点:0832工作原理及应用,0809与系统连接及工作原理并能进行编程教学难点:0832及0809工作原理教学时数:6学时教学内容:A/D转换器的工作原理及性能指标,C0832D/A转换器(结构、工作方式及应用),D/A转换器的工作原理及性能简介,C0809A/D转换器(结构及与系统的连接),570 A/D转换器(结构和工作方式简介)教学方式:课堂讲授教学要求:(1)掌握A/D及D/A转换器的工作原理。
(2)重点掌握0832及0809与系统的连接。
(3)掌握0832及0809的编程应用。
A/D(模/数)及D/A(数/模)转换技术广泛应用于计算机控制系统及数字测量仪表中。
将模拟量信号转换成数字量的器件称为模/数转换器(简称A/D转换器),而将数字量信号转换成模拟量信号的器件称为数/模转换器(简称D/A转换器)。
9.1 D/A转换器工作原理D/A转换器从工作原理上可分为并行D/A转换器及串行D/A转换器两种。
并行D/A转换器的转换速度快,但电路复杂。
随着微电子技术的发展,并行D/A转换器集成电路目前已大量生产,广为采用。
并行D/A转换器的位数与输入数码的位数相同,对应输入数码的每一位都设有信号输入端,用以控制相应的模拟切换开关,把基准电压Un接到电阻网络上。
并行D/A转换器的原理如图9.1所示。
图9.1电阻网络将基准电压转变为相应的电流或电压,在运算放大器的输入端进行总加。
放大器的输出则反映了输入数码的大小。
如输入数码xp=a12-1+a22-2+…+ai2-i+…+an2-n,则:Uo=UNxp=UN(a12-1+a22-2+…+an2-n)=UN∑ai2-i(9-1)其中,ai是1还是0,取决于输入数码第i位是逻辑1还是逻辑0。
如果ai=1,基准电压UN通过模拟切换开关加到电阻网络上;如果a1=0,模拟切换开关断开,基准电压UN 不能加到电阻网络上。
并行D/A转换器的转换速度很快,只要输入端加入数码信号,输出端立即有相应的模拟电压输出。
DA与AD一、D/A转换器的基本原理1、分辨率分辨率是指输入数字量的最低有效位(LSB)发生变化时,所对应的输出模拟量(电压或电流)的变化量。
它反映了输出模拟量的最小变化值。
分辨率与输入数字量的位数有确定的关系,可以表示成FS / 。
FS表示满量程输入值,n为二进制位数。
对于5V的满量程,采用8位的DAC时,分辨率为5V/256=19.5mV;当采用12位的DAC时,分辨率则为5V/4096=1.22mV。
显然,位数越多分辨率就越高。
2、线性度线性度(也称非线性误差)是实际转换特性曲线与理想直线特性之间的最大偏差。
常以相对于满量程的百分数表示。
如±1%是指实际输出值与理论值之差在满刻度的±1%以内。
3、绝对精度和相对精度绝对精度(简称精度)是指在整个刻度范围内,任一输入数码所对应的模拟量实际输出值与理论值之间的最大误差。
绝对精度是由DAC的增益误差(当输入数码为全1时,实际输出值与理想输出值之差)、零点误差(数码输入为全0时,DAC的非零输出值)、非线性误差和噪声等引起的。
绝对精度(即最大误差)应小于1个LSB。
相对精度与绝对精度表示同一含义,用最大误差相对于满刻度的百分比表示。
应当注意,精度和分辨率具有一定的联系,但概念不同。
DAC的位数多时,分辨率会提高,对应于影响精度的量化误差会减小。
但其它误差(如温度漂移、线性不良等)的影响仍会使DAC的精度变差。
DAC0832与80C51单片机的接口1、单缓冲工作方式此方式适用于只有一路模拟量输出,或有几路模拟量输出但并不要求同步的系统。
双极性模拟输出电压:双极性输出时的分辨率比单极性输出时降低1/2,这是由于对双极性输出而言,最高位作为符号位,只有7位数值位。
2、双缓冲工作方式多路D/A转换输出,如果要求同步进行,就应该采用双缓冲器同步方式。
3、直通工作方式当DAC0832芯片的片选信号、写信号、及传送控制信号的引脚全部接地,允许输入锁存信号ILE引脚接+5V时,DAC0832芯片就处于直通工作方式,数字量一旦输入,就直接进入DAC寄存器,进行D/A转换。
第八章D/A和A/D转换基本内容:D/A转换和A/D转换的基础知识,D/A转换芯片0832和A/D转换芯片0809的应用。
基本要求:了解D/A转换的基础知识;掌握0832和0809的结构及使用重点内容:D/A转换和A/D转换的工作原理难点内容:0832和0809的工作方式。
在自动化领域中,常常通过微型计算机对客观事物的变化信息进行采集、处理、分析和实时控制。
客观事物变化的信息有温度、速度、压力、流量、电流、电压等一些连续变化的物理量。
而计算机只能处理离散的数字量,那么这些模拟信号如何变化才能被计算机接收并可进行处理的数字量呢?计算机输出的是数字量,但大多数被控设备不能直接接收数字信号,所以还需将计算机输出的数字信号转化成为模拟信号,去控制或驱动被控设备,那么这些数字信号又是如何变化成模拟信号的呢?对一个控制系统要从以下三方面考虑问题。
图1 一个包含A/D和D/A转换环节的控制系统1. 传感器温度、速度、流量、压力等非电信号,称为物理量。
要把这些物理量转换成电量,才能进行模拟量对数字量的转换,这种把物理量转换成电量的器件称为传感器。
目前有温度、压力、位移、速度、流量等多种传感器。
2. A/D转换器(Analog to Digital Converter, ADC)把连续变化的电信号转换为数字信号的器件称为模数转换器,即A/D转换器。
3. D/A转换器(Digital to Analog Converter, DAC)把经过计算机分析处理的数字信号转换成模拟信号,去控制执行机构的器件,称为数模转换器,即D/A转换器。
可见,D/A转换是A/D转换的逆过程。
这两个互逆的转换过程以及传感器构成一个闭合控制系统,如图1所示。
第一节数模转换一、D/A转换器的工作原理D/A转换器是指将数字量转换成模拟量的电路。
数字量输入的位数有8位、12位和16位等,输出的模拟量有电流和电压两种。
D/A转换器工作原理D/A转换器用于将数字量转换成模拟量。
第九章 数模(D/A )和模数(A/D )转换电路一、 内容提要模拟信号到数字信号的转换称为模—数转换,或称为A/D (Analog to Digital ),把实现A/D 转换的电路称为A/D 转换器(Analog Digital Converter ADC );从数字信号到模拟信号的转换称为D/A (Digital to Analog )转换,把实现D/A 转换的电路称为D/A 转换器( Digital Analog Converter DAC )。
ADC 和DAC 是沟通模拟电路和数字电路的桥梁,也可称之为两者之间的接口。
二、 重点难点本章重点内容有:1、D/A 转换器的基本工作原理(包括双极性输出),输入与输出关系的定量计算;2、A/D 转换器的主要类型(并联比较型、逐次逼近型、双积分型),他们的基本工作原理和综合性能的比较;3、D/A 、A/D 转换器的转换速度与转换精度及影响他们的主要因素。
三、本章习题类型与解题方法 DAC网络DAC 权电阻 ADC 直接ADC间接ADC权电流型DAC权电容型DAC开关树型DAC输入/输出方式 并行 串行 倒梯形电阻网络DAC这一章的习题可大致分为三种类型。
第一种类型是关于A/D 、D/A 转换的基本概念、转换电路基本工作原理和特点的题目,其中包括D/A 转换器输出电压的定量计算这样基本练习的题目。
第二种类型是D/A 转换器应用的题目,这种类型的题目数量最大。
第三种类型的题目是D/A 转换器和A/D 转换器中参考电压V REF 稳定度的计算,这种题目虽然数量不大,但是概念性比较强,而且有实用意义。
(一)D/A 转换器输出电压的定量计算【例9 -1】图9 -1是用DAC0830接成的D/A 转换电路。
DAC0830是8位二进制输入的倒T 形电阻网络D/A 转换器,若REF V =5 V ,试写出输出电压2O V 的计算公式,并计算当输人数字量为0、12n - (72)和2n -1(82-1)时的输出电压。